Клапаны и их приводы


Категория Судовые дизели

Устройство клапанов. Впускной и выпускной клапаны во всех двигателях открываются внутрь цилиндра: давление в цилиндре в этом случае прижимает клапаны к седлу, в результате чего повышается их плотность. Клапан состоит из стержня (штока) и тарелки, выполняемых обычно заодно. Тарелка имеет коническую рабочую фаску, причем угол а ее делают равным 90—120°. Фаска сидит в седле, проточенном в крышке цилиндра. ГОСТ 19332—73, излагающий технические требования к впускным и выпускным клапанам дизелей, рекомендует угол а фаски делать на 1—2° больше угла посадочной поверхности седла. Фаску и седло тщательно притирают с помощью специального приспособления (притира), для которого предусмотрены отверстия или шлиц.

Шток клапана направляется в крышке цилиндра чугунной, бронзовой или стальной втулкой 6 и смазывается маслом, подводимым от узлов привода открытия клапана или вручную. Клапан прижимается к седлу пружиной, упирающейся нижним концом в крышку, а верхним — в тарелку 8, закрепленную на штоке клапана. Когда клапан закрыт, пружина должна удерживать его в седле, несмотря на разрежение в цилиндре при всасывании (выпускной клапан). В момент окончания подъема клапана пружина препятствует его дальнейшему движению в направлении открытия (вниз) под действием сил инерции, действующих на клапан и на детали привода, т. е. не допускает отрыва толкателя от кулачковой шайбы.

Тарелка крепится, как правило, двумя коническими полукольцами («сухарями»). Их надевают на шейку клапана при опущенной тарелке. Снаружи полукольца имеют коническую поверхность, а тарелка — коническую расточку. Поэтому после того, как полукольца будут надеты, тарелка под действием пружин упрется в полукольца, прижав их к шейке штока.

Клапаны открываются рычагом привода, действующим на торец штока. Чтобы торец не изнашивался, в него вставляют или на него надевают закаленный наконечник, делают наплавку, обеспечивающую износостойкость торца, или закаливают торцовую поверхность, причем иногда с предварительной приваркой стальной пластины.

Седла клапанов могут быть вставными. Седло, изготовленное из специального чугуна, стали или бронзы, вставляют в крышку и фиксируют пружинящим кольцом или другим способом.

Клапан на рис. 1, б имеет внешнюю и внутреннюю пружины, которые выполнены с разным направлением витков. При двух пружинах легче обеспечить необходимые значения сил воздействия пружин на закрытый и открытый клапан при данной высоте его подъема и, кроме того, при поломке одной из пружин другая удерживает клапан в седле. Работа с нормальной частотой вращения при одной сломанной пружине невозможна, но по крайней мере исключена опасность выпадения клапана в цилиндр. Особенностью конструкции рассматриваемого клапана является также и то, что нижняя тарелка пружины упирается в бурт втулки, дополнительно фиксируя ее в крышке. Верхняя тарелка пружины крепится полукольцами, причем клапан имеет коническую шейку для полуколец.

У крупных двигателей и у двигателей с высокой тепловой напряженностью клапаны изготовляют с корпусом. Иногда с корпусом выполняют лишь выпускной клапан, как например в двигателях НФД48.2АУ. блока цилиндров. В этом случае облегчается доступ к кулачковым шайбам для осмотра и регулировки, но появляется необходимость специального подвода масла к узлам привода.

Рис. 1. Клапаны рабочего цилиндра

Открытие клапанов непосредственным воздействием на них кулачковой шайбы (верхнее чнадклапанное расположение распределительного вала) применяется в быстроходных двигателях. При этом предусматриваются два распределительных вала, укладываемых над впускными и выпускными клапанами. Наличие двух распределительных валов, усложнение связи распределительных и коленчатых валов, загромождение головки двигателя являются недостатками данного варианта открытия клапанов. Однако на детали клапанного привода, если он есть, действуют силы инерции, которые у быстроходных двигателей были бы значительными. При надклапанном расположении распределительных валов это исключено. Кроме того, при рассматриваемом размещении валов легко обеспечить открытие впускных и выпускных клапанов тогда, когда их по два (тех и других) на каждый цилиндр. При нижнем расположении распределительного вала усложняется конструкция клапанного привода.

Привод с неразрезными рычагами. Клапаны открываются концами рычагов, сидящих на оси, закрепленной в стойке крышки цилиндра. Вторые концы рычагов имеют регулировочные винты, упирающиеся в головки штанг. Нижний конец каждой из штанг упирается в толкатель, на ролик которого может воздействовать кулачковая шайба распределительного вала. Когда выступ кулачковой шайбы набежит на ролик толкателя, штанга поднимется и рычаг или откроет клапан. Закрываются клапаны под действием своих пружин.

Рис. 2. Клапанный привод двигателей Л 275

Клапанные рычаги изготовляют из стали. Чтобы уменьшить расстояние между кулачковыми шайбами, в двигателях Л275 рычаги насажены не под прямым углом по отношению оси. В целях уменьшения износа торцовой поверхности штока клапана и конца рычага предусмотрен ролик. Однако установка подобных роликов себя не оправдала, на двигаТелях 6Л275ШПН завод-изготовитель их уже не ставит. Подшипниками рычагов служат бронзовые втулки, смазываемые под давлением маслом, подводимым в канал через штуцер, ввертываемый с торца оси. По каналам клапанных рычагов масло проходит также на смазку сферической опоры верхней головки штанги и через сверление в этой головке, внутреннюю полость штанги и сверление в нижней ее головке — на смазку подпятника толкателя и затем далее на смазку ролика и самого толкателя. Охватывающая все узлы привода канализация масла потребовалась потому, что в этом двигателе толкатели помещены в выгородке блок-картера, изолированной от картерного пространства.

Чтобы толкатель не поворачивался относительно своей оси, в рассматриваемой его конструкции имеется скользящая шпонка, для которой в корпусе сделана вертикальная канавка. Окна и ролик толкателя используются для его подъема при реверсировании двигателя.

После пуска двигателя клапаны вследствие их нагревания удлиняются. Если в клапанном приводе не будет зазора, то при удлинении клапан не будет садиться в седло и его герметичность нарушится. Следовательно, нарушится нормальное течение процессов сжатия и расширения, а в результате прорыва газов при горении клапан будет быстро обгорать и выйдет из строя.

Поэтому при сборке привода и периодических проверках двигателя тепловой зазор в приводе регулируют винтами 9. Величина этого зазора для холодного двигателя указывается в руководстве по его эксплуатации и колеблется в пределах 0,2—2 мм для впускных и 0,3—2,5 мм для выпускных клапанов. Измеряют зазор щупом и обычно над торцом клапана.

При работающем, прогретом двигателе величина теплового зазора уменьшается, но он обязательно должен быть. Во время работы двигателя его следует периодически проверять. Для этого достаточно попробовать повернуть штангу: при наличии зазора р момент, когда клапан закрыт, она легко поворачивается.

Привод с разрезным рычагом. Компоновка кулачковых шайб на распределительном валу значительно упрощается при использовании в клапанных приводах разрезных рычагов. В данном случае плечо рычага, примыкающее к клапану, и плечо, примыкающее к штанге, изготовляют каждое отдельно и жестко насаживают на общий валик.

На рис. 3 изображен привод, клапанный рычаг которого выполнен неразрезным, а рычаги представляют собой два плеча разрезного рычага открытия впускного клапана. Рычаги насажены на валик на шпонках и закреплены на нем стяжными винтами. Валик лежит в роликовых подшипниках стойки, крепящейся к крышке цилиндра. Рычаг с помощью головки с цементированной и закаленной нижней поверхностью может воздействовать на шток клапана, а рычаг имеет на своем конце регулировочный винт, сферический торец которого опирается в верхнюю головку штанги. Когда кулачковая шайба набежит на ролик толкателя, штанга, поднимаясь, повернет по часовой стрелке рычаг вместе с валиком и рычагом, открывающим клапан.

Валик является одновременно осью качания неразрезного рычага имеющего также роликовый подшипник. У валика и рычага подшипники смазываются через каналы в валике консистентной смазкой от колпачковой масленки.

Рис. 3. Клапанный привод двигателей НФД48

Толкатели направляются втулкой, крепящейся к полке блок-картера. В каждый из толкателей вставлен упор со сферическим торцом, в который упирается нижняя головка штанги. Ролик толкателя находится в вырезах нижней части втулки, чем предотвращается поворот толкателя относительно его оси.

Головки штанг в данном случае смазывают вручную. Ролик и толкатель обеспечиваются смазкой за счет оседания частичек масла из воздуха картерного пространства.

Ручная смазка узлов клапанного привода — недостаток двигателя, особенно автоматизированного, эксплуатирующегося без постоянной вахты в машинном отделении или с сокращенным ее составом. Поэтому двигатели, построенные в последние годы, имеют централизованную смазку клапанного привода, при которой во избежание потерь масла крышки цилиндров закрываются колпаками. В необходимых случаях оборудуют закрытиями в виде кожухов и штанги привода открытия клапанов (двигатели 6ЧРН 36/45).

В двигателях с высокой частотой вращения часто применяют толкатели, условно называемые плоскими. У них нет роликов, и кулачковая шайба воздействует на плоскую поверхность головки толкателя. Иногда плоские толкатели имеют форму стакана, в углубление дна которого упирается сферическая головка штанги. Чтобы уменьшить общий износ торцовой поверхности толкателя, ось его часто смещают относительно середины кулачковой шайбы. В этом случае при каждом набегании шайбы толкатель будет повертываться.

Приводы открытия группы клапанов. У некоторых двигателей штанговые приводы применяют для одновременного открытия группы (от двух до

четырех)клапанов одинакового назначения. Так, у двигателя Д50, имеющего по два впускных и выпускных клапана на цилиндр, привод сделан с трехплечими рычагами: плечо для штанги расположено с одной стороны оси качания, два плеча для клапанов — с другой. Рычаги расположены один над другим, в связи.с чем выпускные клапаны имеют более длинные стержни, чем впускные.

Особый интерес представляет клапанный привод двигателя 10Д40. У этого двухтактного дизеля крышка цилиндра имеет четыре выпускных клапана, а продувочный воздух поступает через окна во втулке цилиндра. Поскольку у всех клапанов одинаковое назначение, они должны открываться одновременно. Для этой цели служит трехплечий рычаг: его плечо примыкает к штанге привода, а плечи через траверсы открывают клапаны. Каждая траверса служит для открытия двух клапанов. Хвостовик траверсы движется в направляющей втулке, возвратное движение траверсы осуществляется под действием пружины. Для регулировки сопряжений плеч с траверсами служат винты.

Траверсы открывают клапаны через гидротолкатели. Втулка гидротолкателя запрессована в траверсу. Внутри втулки находится толкатель, упирающийся в торец клапана. Пространство над толкателем заполнено маслом, поступающим через шариковый клапан из канала от масляной системы дизеля.

Привод работает следующим образом. Пока кулачковая шайба распределительного вала не действует на штангу, толкатели под давлением масла упираются в штоки клапанов, а траверсы — в упорные винты клапанного рычага. Таким образом, зазора в клапанном приводе не будет, что не препятствует тепловому удлинению клапана: толкатель опускается под давлением масла до упора в торец клапана, и при этом безразлично, какую длину имеет шток клапана. Когда кулачковая шайба заставит штангу подниматься, клапанный рычаг повернется против часовой стрелки и его плечи, надавят на траверсы. При движении траверс вниз шариковый клапан перекроет выход маслу из втулки и траверса через слой масла откроет клапаны толкателями.

Гидротолкатели обеспечивают открытие и закрытие клапанов точно в моменты набегания кулачковой шайбы на ролик толкателя и сбегания ее с ролика, а также способствуют уменьшению шумности работы клапанного привода.


Читать далее:

Категория Судовые дизели